工控機(jī)下AGV裝配機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法分析

摘 要：隨著科技水平的不斷提升，越來越多的行業(yè)開始使用機(jī)器人以減少人工的使用。本文就工控機(jī)下AGV裝配機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探究，講述了可以磁帶導(dǎo)航具備的尋線功能，然后利用PSD方法對AGV和生產(chǎn)線進(jìn)行同步監(jiān)測，接著利用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)作，在進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸以及運(yùn)作調(diào)解的時(shí)候可以通過TCP/IP協(xié)議來完成。

關(guān)鍵詞：工控機(jī)；AGV；機(jī)器人；設(shè)計(jì)方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.117

1 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也得到了快速的發(fā)展。中國作為全球最大的加工生產(chǎn)中心，很多的外國企業(yè)都來中國進(jìn)行投資，尤其是國外的物流行業(yè)。隨著國際企業(yè)的自動(dòng)化要求不斷提升，越來越多的企業(yè)開始使用機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)，所以企業(yè)對于裝配機(jī)器人的要求就比之前更加嚴(yán)格。但是我國家對于AGV裝配機(jī)器人的設(shè)計(jì)開發(fā)起步比較晚，有一些高端技術(shù)還得依靠國外的支持，這嚴(yán)重阻礙了AGV機(jī)器人的發(fā)展。這篇文章在工控機(jī)的前提下，設(shè)計(jì)了一套具體的雙舉升AGV，并且還把它運(yùn)用到了汽車生產(chǎn)線的裝配領(lǐng)域。

2 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

對于AGV的控制單元通常采用工控機(jī)這種模式，一般會用高速數(shù)據(jù)處理器DSP來進(jìn)行AGV的數(shù)據(jù)，會采用觸摸屏進(jìn)行人機(jī)界面的處理，機(jī)器人的傳感界面一般會使用磁帶導(dǎo)航和PSD位置檢測的方式，在進(jìn)行伺服運(yùn)動(dòng)控制的時(shí)候會使用伺服電機(jī)和舵輪電機(jī)二者結(jié)合的方式，在安全防護(hù)方面會采用PBS扇形檢測、PX-2梅花狀檢測等新型的檢測方法，可以通過使用無線網(wǎng)卡的TCP/IP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸工作。

3 系統(tǒng)硬件控制平臺設(shè)計(jì)

（1）硬件平臺總體設(shè)計(jì)。在工控機(jī)的大前提之下，要想完成AGV裝配機(jī)器人的控制系統(tǒng)可以通過使用磁導(dǎo)航傳感器來及時(shí)的檢測機(jī)器人的左右行動(dòng)的位置，對于前后動(dòng)作的位置檢測則可以使用PSD同步跟蹤模塊。機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，會有7路伺服電機(jī)來支持其運(yùn)動(dòng)，在7路伺服電機(jī)之中的動(dòng)力源電機(jī)和舵輪電機(jī)會使用模擬量速度伺服控制模式，對于舉升電機(jī)通常會利用模擬量位置伺服控制模式。AGV在運(yùn)動(dòng)的過程中，可以通過無線網(wǎng)卡的WiFi接入網(wǎng)絡(luò)把相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，這樣AGV就可以和監(jiān)控中心通過TCP/IP協(xié)議來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和共享。

（2）工控機(jī)選型及I/O擴(kuò)展。對于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)來說，它擁有的獨(dú)特的特性，不但具有較高的防磁能力還有較高的防塵和防沖擊的能力，這種優(yōu)勢確保了它們可以在艱苦的環(huán)境中進(jìn)行平穩(wěn)的工作。這篇文章中所提到的控制器是固高GUC-T系列8軸一體化的運(yùn)動(dòng)控制器，DSP運(yùn)動(dòng)控制器作為底層數(shù)據(jù)處理器的部分，可以有效的提高運(yùn)行效率。I/O擴(kuò)展的主要內(nèi)容是：進(jìn)行尋線傳感器工作、PSD的同步跟蹤、安全防護(hù)措施和操作面板等相關(guān)方面。

（3）基于WiFi的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。這篇文章所設(shè)計(jì)的雙舉升AGV，就是通過使用無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸。無線WiFi的普及不僅是作業(yè)的需求，也是進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的需求，因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要完善AGV的無線接入點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)完整的信息通訊橋梁。在本文里所設(shè)計(jì)的雙舉升AGV采用的無線是一種Infrastructure的模式，簡單來說就是AP模式。至少有一個(gè)無線接入點(diǎn)AP在整個(gè)組成結(jié)構(gòu)中，通過使用AP，無線站點(diǎn)可以和已有的中心網(wǎng)進(jìn)行連接，構(gòu)建一個(gè)完整基礎(chǔ)的服務(wù)組。在基礎(chǔ)的服務(wù)組之中，所有的站點(diǎn)的無線頻率都要相同。AGV的工控機(jī)可以利用車載WiFi和作業(yè)現(xiàn)場的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而完成和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)信息的傳送，保證無線通信系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

4 系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。這篇文章對于AGV軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要有11個(gè)模塊，可謂是步步明確。在整個(gè)運(yùn)行過程中，AGV的不同功能有著對應(yīng)的工作領(lǐng)域，在AGV的啟動(dòng)階段會檢測各項(xiàng)傳感器的工作狀態(tài)，如果各項(xiàng)傳感器的工作狀態(tài)都是良好的，那么AGV就會進(jìn)入到界面的啟動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)開機(jī)的同時(shí)進(jìn)行自我檢查。在構(gòu)建電子地圖站點(diǎn)的時(shí)候可以采用RFID卡進(jìn)行地標(biāo)的確定，這樣就可以在AGV行駛過程中提供一個(gè)準(zhǔn)確的位置信息。

（2）工控機(jī)界面設(shè)計(jì)。我們在設(shè)計(jì)AGV的時(shí)候采用的是VC++語言，這主要取決于這個(gè)系統(tǒng)的多線程性、程序的良好分裝性和實(shí)時(shí)性這幾個(gè)方面，主要有6個(gè)功能模塊在AGV的控制系統(tǒng)中，第一，速度參數(shù)設(shè)置，會設(shè)置4檔變速按鈕，可以對速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，是非常方便安全的；第二，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，可以有效的調(diào)節(jié)前后輪的電機(jī)以及舵機(jī)的PID調(diào)節(jié)；第三，軌跡參數(shù)設(shè)置，可以構(gòu)建一個(gè)電子地圖，布置自己的站點(diǎn)和站點(diǎn)的指令；第四，開始運(yùn)行，系統(tǒng)會進(jìn)入一個(gè)軌跡同步跟蹤的狀態(tài)；第五，手動(dòng)模式，我們可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，將汽車的行動(dòng)控制在自己的手里；第六，遠(yuǎn)程端控制，可以在中央控制系統(tǒng)里體現(xiàn)出AGV的定位地址和基本信息，這樣可以有效的提高汽車的行動(dòng)準(zhǔn)確性。

（3）基于RFID站點(diǎn)識別設(shè)計(jì)。無線電信號可以對指定的目標(biāo)進(jìn)行讀寫，了解相關(guān)的數(shù)據(jù)，在這個(gè)識別過程中，不需要識別系統(tǒng)和指定目標(biāo)之間的機(jī)械或者是光學(xué)接觸信號的技術(shù)就是RFID技術(shù)。在指定目標(biāo)進(jìn)到磁場后，接收的解讀器會發(fā)出一種特殊的射頻信號，然后將感應(yīng)到的信息發(fā)到芯片上，保留產(chǎn)品的相關(guān)信息。串口通信一般會使用Modbus通信協(xié)議，是一種新型的、較為全面的信息儲備方式。

5 結(jié)語

綜上所述，機(jī)器人的制造對于各行企業(yè)來說有著越來越重要的存在意義，機(jī)器人不僅節(jié)約了大量的勞動(dòng)力還極大的提高了工作效率，提高了企業(yè)的盈利水平。雖然我國在這方面起步比較晚，但是我相信隨著我國技術(shù)行業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)器人制造行業(yè)一定會越來越好。

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作者簡介：申少魁（1987-），男，河南林州人，碩士，研究方向：流程工業(yè)和機(jī)器人控制方向。